基于结构矩阵的动态协同方法在建造前期计划中的应用研究

摘要

建造前期计划起始于招标文件发布，包括了项目投标、现场踏勘以及施工准备等阶段，并一直延续到现场施工正式开始后的一段时间。高效的建造前期计划能够承上启下，促进设计到施工的顺畅转化，同时起着“万能胶”的作用，能高效整合设计、制造、运输和施工等过程，并能协同众多临时性的团队进行大量实质性协作，保证项目资源得以快速整合与优化配置，进而确保建设项目能高效有序的展开。实际工程中，因为暖通空调系统复杂，牵涉方方面面，所以建造前期计划一般由具有暖通空调专业背景的计划工程师主持。美国供热.通风.空调工程承建商协会就曾经主办过多场旨在提高建造前期计划的过程管理国际会议。然而建造前期计划是一系列迭代特征明显的复杂协同决策过程，管理难度较大，即使是国际上一流的总承包企业在面对如何做好、管理好建造前期计划的问题时也深感头疼，认为这是一项巨大的挑战。而另一方面，随着我国城市化进程的进一步加快，城市综合体工程已成为我国建筑领域的建设与研究热点，城市综合体工程的快速与高效建设对全体利益相关方都是十分必要的。然而，对于城市综合体这样一个多系统，多功能汇集的复杂工程却通常需要在不确定因素充斥，资源有限，成本紧缩，场地狭窄等诸多约束条件下完成快速与高效的建设任务，其困难不仅来自于施工技术的复杂性，更来自于其计划的迭代复杂性。
　　 作者首先通过走访国内著名城市综合体开发商，发现不论是进入国内的国际总承包商还是国内知名的总承包商均未能达到开发商对建造工期的预期要求。目前工程界普遍采用了增设计划部的方法，期望通过增设专职的计划组织机构来提高工程开发与建设的计划性，实现工程建设的快速与高效。然而，本研究通过对比研究了5个城市综合体工程发现，这些计划部门严重缺乏有效的计划的理论与方法，尽管投入了众多人力、物力，却未能取得明显的实际效果，现场的计划管控工作均呈现了“忙、乱、无序、无效”的共性。综合起来有以下三个不足：
　　 1)目前存在将计划等同于使用计划软件，等同于计划的成果.横道图的普遍现象。
　　 2)计划过程实际上是一系列的迭代特征明显的决策活动，决策有一定的顺序，且需要相关信息支撑，但是实际工程中计划编制者很少考虑计划决策的优化顺序，而且在信息缺乏时不分析原因而滥用“猜测与估计”，以致造成“计划赶不上变化”，工程经常出现“计划与执行”相分离的情况。
　　 3)在本文所调研的5个城市综合体工程中普遍存在实际工期严重滞后的弊病。
　　 接着，本文在深入分析了国内外众多计划原理与方法以及相关研究的基础上，通过对5个城市综合体工程的长期蹲点调研，发现，建造前期计划决策过程与大型迭代方程组的求解过程的类似性。本研究首先以实际工程案例决策过程(从简单到复杂)为基础建立了相应的数学模型，并对方程组的求解过程和相应的决策流程进行了一一的对应和分析。建造前期计划决策质量的好坏一取决于正确的决策顺序，二取决于信息的准确性和有效性。在此基础上，本论文采用了结构矩阵算法实现建造前期计划决策顺序的自动优化计算，最终构建了基于优化结构矩阵的建造前期动态协同计划方法；同时也找到了一种适合动态协同计划过程信息流仿真的建模方法和技术-IDEFOV建模技术，并通过实际案例分析、研究访谈及分组讨论获得数据，对动态协同计划过程中的各要素及信息流程进行模拟仿真，建立了一套面向协同计划过程的集现场踏勘、合约分判规划与界面划分、施工组织设计编制、施工计划编制、材料机械的运输搬运贮存计划、计划评估及协调、质量安全环境保护计划以及计划文件发布等子系统的信息流仿真通用建造前期计划过程模型。
　　 最后采用了三个正在施工的城市综合体工程对该通用模型及相应的动态协同计划方法进行了案例分析。结果表明，新方法具有三个主要优点，首先，通用建造前期计划过程模型不仅对建造前期的计划工作内容进行了全面的梳理与总结，并提出了包括221个工作任务和3650条信息流的、可重复使用的通用计划模板，从而实现了建造前期计划任务清单与逻辑关系的自动生成。极大的减轻了计划工程师的工作，减少了计划工作中的漏项及逻辑关系大量缺失的现状。其次，通过结构矩阵优化的数学算法与计算机的快速计算和优化能力，在工程实践中可以较容易的找出包含不确定性最少的最优计划决策序列。从而有助于减少主观决策的数量，提高计划的可执行性。第三，所有计划决策过程中的‘猜测’与‘估计’行为都可以得到全面的记录、跟踪和管理，从而让计划的更新管理与时效性得到了极大的提高。总的来说，本研究的协同计划方法、建造前期计划过程模型以及计划编制与管理方法，通过在实际工程的案例应用表明本研究的成果能够明显改善当前计划编制与管理中存在的核心问题，实用效果明显，并且参与该实践验证的项目工作人员认为该原理、模型及方法是具有非常重要的实用价值，甚至希望能与作者及作者所在的大学签订长期咨询服务协议。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 研究现状和存在的问题

1.3 研究目标、内容及研究方法

1.4 论文的总体结构

2 项目管理与计划

2.1 项目管理体系与计划定位

2.1.1 美国项目管理协会的PMBOK管理体系

2.1.2 精益建造协会的精益建造管理体系

2.1.3 项目产品管理体系

2.1.4 同时管理体系

2.1.5 协同管理体系

2.1.6 Morris的立场与观点

2.2 计划和计划管理

2.2.1 计划的定义

2.2.2 计划的目标

2.2.3 计划的特征

2.2.4 计划的阶段划分

2.3 计划过程管理

2.3.1 项目前期计划的过程研究

2.3.2 建造前期计划的过程研究

2.3.3 施工计划的过程研究

2.3.4 建造前期计划过程管理的重要性和困难所在

2.4 计划技术的回顾

2.4.119世纪40年代的技术

2.4.219世纪50年代到60年代：LOB，CPM and PERT

2.4.320世纪70年代到80年代：模拟，专家系统和CCPM

2.4.44D技术和末位计划技术

2.4.520世纪末21世纪初，结构矩阵和 ADePT技术

2.5 讨论

2.6 本章小结

3 研究方法

3.1 研究方法的相关定义

3.2 建设管理领域的研究哲学

3.2.1 研究哲学

3.2.2 阐释主义和实证主义在建设管理领域的学术辩论

3.3 研究方法

3.3.1 定量研究

3.3.2 定性研究

3.3.3 交叉研究

3.4 研究技术

3.4.1 数据收集技术

3.4.2 数据分析技术

3.5 本文中采用的研究方法和研究技术

3.5.1 本文研究的问题

3.5.2 哲学定位

3.5.3 研究方法和研究技术的选择

3.6 本章小结

4 建造前期计划的现状调研和解决方案

4.1 五个城市综合体的工期案例研究

4.1.1 项目背景

4.1.2 某公司的5个城市综合体工程各阶段工期分析

4.1.3 五个城市综合体的计划编制与过程管理方面的调研结论

4.1.4 结论

4.2 单个案例详细计划过程的深入探讨

4.2.1 项目背景

4.2.2 建造前期计划过程

4.2.3 准备投标文件

4.2.4 管线综合-

4.2.5 编制施工计划

4.2.6 计划协调及优化

4.2.7 采购及物流计划

4.2.8 结论

4.3 研究访谈

4.4 交叉研究结论

4.5 解决方案的提出

4.6 本章小结

5 建造前期计划过程数学模型与动态协同计划方法

5.1 计划决策过程和方程组求解过程的类似性关系讨论

5.2 计划中三种简单案例的数学模型及其求解

5.2.1 顺序求解(无反馈)

5.2.2 参数相互影响的模型求解(一次反馈)

5.2.3 参数影响更为复杂的情况(二次反馈)

5.3 复杂情况下的数学模型求解案例(多次反馈)

5.3.1 方程组转化为邻接矩阵

5.3.2 矩阵解耦和撕裂运算

5.3.3 矩阵撕裂方法

5.4 动态协同方法

5.5 本章小结

6 建造前期计划过程模型的创建

6.1 现有的计划过程模型

6.2 模拟技术的选择

6.2.1 建造前期计划过程的模拟要求

6.2.2 模拟技术的回顾

6.2.3 模拟技术的评估

6.2.4 IDEF0v：对IDEF0的修改

6.3 建立建造前期计划过程通用模型的方法和步骤

6.3.1 建造前期计划的层级分解

6.3.2 确定计划任务信息需求

6.3.3 决定大致的计划信息分类

6.3.4 建造前期计划过程通用模型

6.4 详细的建造前期计划过程通用模型结构

6.4.1 初步调查及限制性条件分析过程模型

6.4.2 合约分判及界面划分过程模型

6.4.3 施工方案编制过程模型

6.4.4 施工计划编制过程模型

6.4.5 材料、设备、机械等运输搬运贮存计划编制过程模型

6.4.6 计划评估及协调过程模型

6.4.7 工程质量、安全文明及环境保护计划编制过程模型

6.5 建造前期计划过程通用模型的校正

6.6 建造前期计划过程通用模型的验证

6.7 本章小结

7 模型及动态协同计划方法的应用与实证

7.1 综述

7.2 案例A：莱公司成都城市综合体

7.2.1 项目背景

7.2.2 研究方法

7.2.3 案例A实践中计划使用的方法和存在的问题

7.2.4 基于结构矩阵算法的动态协同计划方法在案例A中的应用

7.2.5 案例A的应用实证研究结论

7.3 案例B：某公司成都东湖商业办公楼工程

7.3.1 项目概况及研究方法

7.3.2 项目B实践中计划使用的方法和存在的问题

7.3.3 基于结构矩阵算法的动态协同计划方法在案例B中的应用

7.3.4 案例B的应用实证研究结论

7.4 案例C：某公司江西赣州城市综合体

7.4.1 项目背景

7.4.2 研究方法

7.4.3 项目C实践中计划使用的方法和存在的问题

7.4.4 基于结构矩阵算法的动态协同计划方法在案例C中的应用

7.4.5 案例C研究发现

7.5 模型及动态协同计划方法的应用与实证结论及讨论

7.5.1 三个案例的现状调研结果对比

7.5.2 动态协同计划方法的应用和评估

7.5.3 动态协同计划方法的优点

7.6 本章小结

8 结论与展望

8.1 结论

8.2 创新点

8.3 进一步的工作

致谢

参考文献

附 录